Znajdź zawartość

Naukowcy opracowali metodę i urządzenie pozwalające na zdalne pobudzanie światłem pojedynczych neuronów nicienia, a w rezultacie na dowolne kierowanie jego zachowaniem, zmieniając go w biorobota. Caenorhabditis elegans jest milimetrowej długości nicieniem, często wykorzystywanym do badań przez naukowców - z powodu prostej budowy, dokładnie zbadanego systemu nerwowego (składającego się dokładnie z 302 neuronów), przezroczystego ciała i zsekwencjonowanego genomu. Jednak to, co zrobili naukowcy z Harvard University, University of Pennsylvania, oraz University of Massachusetts Medical School może zaskakiwać - zbudowali system sterowania tym nicieniem przy pomocy precyzyjnie skupionych impulsów niebieskiego i zielonego światła. Pierwszym krokiem było zmodyfikowanie genomu C. elegans, wprowadzając do neuronów białka halorodopsynę oraz kanałową rodopsynę-2. To uwrażliwiło neurony na niebieskie i zielone bodźce świetlne, pozwalając dowolnie wzbudzać je i hamować. Jako system sterujący skonstruowali urządzenie o nazwie CoLBeRT (Controlling Locomotion and Behavior in Real Time), które używając skupionych wiązek światła aktywuje (w czym pomaga przezroczyste ciało tego nicienia) pojedyncze neurony i pojedyncze komórki mięśniowe. Ponieważ nicień porusza się dość szybko, a jest przy tym mały (1 milimetr długości), imponująca jest precyzja urządzenia złożonego z mikroskopu, systemu mikroluster oraz komputera przetwarzającego obraz i celującego impulsami świetlnymi. Prędkość skanowania obrazu to 50 klatek na sekundę, precyzja systemu luster osiąga zaś 30 mikrometrów. Niebieski impuls działa pobudzająco na neuron, co pobudzenie nicień odczuwa jako dotknięcie, jeśli następuje ono w przedniej części ciała, C. elegans się zatrzymuje, jeśli w tylnej - rusza do przodu. Podobnie można wymuszać zmianę kierunku poruszania się, sterując nicieniem zarówno na lądzie, jak i w wodzie. Naukowcom udaje się nawet wywoływać składanie jaj „na komendę". Bezprecedensowy eksperyment stanowi przełom zarówno w dziedzinie badania zachowania i funkcji układu nerwowego, jak i w bioinżynierii i biorobotyce. Studium Aravinthana D.T. Samuela i Andrew M. Leifera ukazało się w Nature Methods.

Jednym z założeń nauki o genetyce jest wierne kopiowanie fragmentów DNA przez RNA, które służyć ma jako tymczasowa matryca, przechowująca wzór wytwarzanych w ten sposób białek. Okazuje się jednak, że to kopiowanie jest mocno niechlujne. To zdumiewające, bo wydawałoby się że dokładne odwzorowanie „planu" zawartego w naszym genomie jest warunkiem poprawnego funkcjonowania komórek i całego organizmu. Odkrycie dokonane przez Mingyao Li, genetyk na University of Pennsylvania Medical School in Philadelphia zdumiewa jeszcze bardziej przez ilość popełnianych podczas kopiowanie „literówek". RNA mylą się, niczym nastolatek piszący SMSy - obrazowo mówią naukowcy. Wyniki studium zaprezentowano na corocznym spotkaniu American Society of Human Genetics w Waszyngtonie. Wiadomo było, że litery składające się na kod genetyczny mogą ulegać niewielkim zmianom czy przekłamaniom, ale uważano je za rzadkie i mało istotne. Tymczasem badanie RNA białych ciałek krwi należących do 27 różnych osób wykazało, że u każdej z nich błędy w kopiach RNA znajdują się w niemal czterech tysiącach genów - samo DNA było prawidłowe. To nie do uwierzenia - stwierdziła wręcz doktor Li - ale DNA i RNA różnią się od siebie niemal w każdym przypadku kopiowania kodu do RNA. Coś, co miało być nieistotnym wyjątkiem okazało się wręcz normą. Cząsteczki RNA zawierały „literówki" w 20 tysiącach miejsc w całym genomie. Spośród dwunastu rozróżnionych błędów najczęstszym była zamiana litery A w kodzie DNA na literę G w cząsteczce RNA - ta pomyłka stanowiła aż jedną trzecią przypadków. Początkowo zespół sądził, że wynik jest skutkiem niedoskonałości metody badawczej i za pomyłki odpowiada na przykład - co wskazywali także słuchacze waszyngtońskiej prelekcji - wirus wykorzystywany do namnażania białych krwinek. Jednak dodatkowe badania wykluczyły błędy laboratoryjne, te same „literówki" co w ciałkach krwi znaleziono bowiem w komórkach skóry badanych osób. Nie wiadomo jeszcze, skąd biorą znalezione literówki, czy powstają w samym procesie kopiowania, czy może później. Trudno też ocenić konsekwencje takich pomyłek, mogą one jednak wpływać na trwałość RNA lub ich zdolność do prawidłowego wytwarzania protein. Zapewne przed podjęciem dalszych badań inne zespoły będą chciały powtórzyć i zweryfikować doświadczenie doktor Li.

Leczenie nowotworów to proces bardzo męczący dla pacjenta i bardzo wyniszczający organizm. Wśród typowych lekarskich zaleceń dla pacjentów z nowotworami jest zatem unikanie ćwiczeń i większej aktywności fizycznej. Kathryn Schmitz, członkini Abramson Cancer Center i wykładowca Epidemiologii i biostatystyki w Szkole Medycznej Uniwersytetu Pensylwanii, uważa to za poważny błąd i nakłania do zmiany tego podejścia. Przeprowadzone przez zespół dr Schmitz analizy dostępnych studiów wpływu aktywności fizycznej na chorych leczonych m. in. chemioterapią objęły pięć typów nowotworów: piersi, prostaty, jelit, hematologicznych i ginekologicznych, brano pod uwagę zarówno sam okres leczenia, jak i rekonwalescencji. W dwóch badanych obszarach: nowotworów jelit i ginekologicznych, wyniki były zbyt skąpe, żeby dać jednoznaczne sugestie, badania będą kontynuowane. Tym niemniej w trzech pozostałych obszarach wyniki dały jednoznaczną odpowiedź: regularne ćwiczenia fizyczne korzystnie wpływają na pacjenta zarówno podczas samego leczenia, jak i później, w procesie rekonwalescencji. Pora uświadomić lekarzom, że ćwiczenia nie są szkodliwe dla pacjentów z rakiem. Panuje wciąż przekonanie, że pacjenci powinni się oszczędzać podczas leczenia, ale przesłanie z naszych badań jest jednoznaczne: unikać bezczynności - mówi Schmitz. - Mamy wystarczającą ilość dowodów, że uprawianie ćwiczeń zarówno podczas, jak i po leczeniu chemioterapią jest bezpieczne i korzystne dla pacjentów, nawet dla tych po bardziej skomplikowanych procedurach, jak przeszczep szpiku kostnego. Jeśli chcemy dobra pacjenta, musimy systematycznie wdrożyć nowe wytyczne do codziennej praktyki. Ile można i należy ćwiczyć? Jak się okazuje, sugerowana ilość aktywności fizycznej dla chorych pozostaje taka sama, jak dla zdrowych: około 150 minut tygodniowo. Oczywiście należy uwzględnić konkretną chorobę podczas wyboru rodzaju i sposobu ćwiczeń, przykładowo osoby z pogorszoną odpornością raczej nie powinny ćwiczyć razem z innymi osobami. Poza tym nie ma żadnych ograniczeń: korzystne są zarówno - przykładowo - pływanie i joga, jak i trening na siłowni. Regularna aktywność fizyczna pomaga między innymi zachować prawidłową wagę ciała. Leczenie nowotworów często powoduje zaburzenia wagi. W zależności od typu choroby i jej leczenia pacjenci mogą przybierać na wadze - w przypadku nowotworów powiązanych z hormonami - albo tracić - zwykle w przypadku nowotworów przewodu pokarmowego. Ćwiczenie pomaga w obu tych przypadkach. Ćwiczenia fizyczne jednak nie tylko pomagają w zachowaniu wagi i sił, ale redukują wyraźnie redukują śmiertelność wśród wszystkich grup pacjentów, jak i zmniejszają ryzyko nawrotu raka piersi. Pod wpływem badań eksperci American College of Sports Medicine ustalili nowe narodowe wytyczne odnoście aktywności fizycznej podczas i po leczeniu chemioterapią.

Naukowcy z University of Pennsylvania stworzyli pierwszy obwód elektryczny, który sam się zasila tak długo, jak długo jest wystawiony na działanie światła słonecznego. Tego typu obwody mogą zostać wykorzystane do zasilania urządzeń przenośnych czy też posłużą, w dalekiej przyszłości, do stworzenia modelu ludzkiego mózgu. Dawn Bonnell, szef zespołu badawczego, który opracował obwód, mówi, że dzięki nowemu wynalazkowi np. ekran dotykowy tabletu czy smartfona będzie działał równocześnie jak bateria słoneczna, zapewniając zasilanie podzespołom urządzenia. Na razie jednak ze wspomnianego obwodu udaje się uzyskać niezwykle mało energii. Zbyt mało, by można było zasilać nią jakiekolwiek urządzenie. Uczeni twierdzą, że wkrótce ilość pozyskiwanej w ten sposób energii powinna się gwałtownie zwiększyć. Bonnel twierdzi, że teoretycznie można będzie stworzyć obwód o średnicy ludzkiego włosa i długości 2,5 centymetra, który wygeneruje prąd o napięciu 1 wolta i natężeniu 1 ampera.

Badacze z University of Pennsylvania twierdzą, że wpływ umysłu na chorobę nowotworową jest przeceniany (Cancer). Zespół lekarzy śledził losy ponad tysiąca osób z nowotworami głowy i szyi. Nie odkryto bezpośredniego związku między pozytywnym lub negatywnym nastawieniem a przeżywalnością czy postępami choroby (bez względu na płeć badanego, rozmiary guza oraz stopień zaawansowania choroby). Wszyscy zgodnie jednak podkreślają, że nie powinno to zabijać w pacjentach woli walki. Poza tym pozytywne nastawienie pomaga chorym przetrwać trudy leczenia, np. chemioterapii, oraz podjąć na nowo normalne życie. O ile więc stan psychiczny nie oddziałuje na nowotwór, wpływa na funkcjonowanie człowieka w dłuższej perspektywie czasowej. Jeśli pacjenci onkologiczni potrzebują psychoterapii lub uczestnictwa w grupach wsparcia, powinno im się to umożliwić. Takie działanie daje wiele korzyści emocjonalnych i społecznych. Jednak nie należy dążyć do tego tylko i wyłącznie z zamiarem wydłużenia życia. Przekonanie, że możemy zwalczyć nowotwór, wpływając na stany emocjonalne, wydaje się nieprawdziwe – udowadnia szef amerykańskiego zespołu badawczego dr James Coyne. Eksperci podkreślają, że ludzie walczący z nowotworami często czują się przymuszani do pozytywnego nastawienia. Po opublikowaniu opisanych wyżej badań powinni się przekonać, że wszystko jest w porządku, jeśli im się to nie udaje i są przygnębieni lub zalęknieni po usłyszeniu diagnozy. W żaden sposób nie wpłynie to na efekty leczenia.

Naukowcy z University of Pennsylvania opracowali nanokable, które są w stanie przechowywać dane przez 100 000 lat i odczytywać je tysiąckrotnie szybciej, niż obecnie wykorzystywane układy flash czy miniaturowe dyski twarde. Ponadto do pracy potrzebują mniej energii i zajmują mniej miejsca. Nanokable są dziełem Ritesha Agarwala, Se-Ho Lee i Yeonwoonga Junga. Stworzone zostały z tellurku germanowo-antymonowego (Ge2Sb2Te5). Jest to materiał zmiennofazowy, który pod wpływem prądu elektrycznego zmienia swoją strukturę pomiędzy stanem amorficznym a krystalicznym. Kolejną olbrzymią zaletą wspomnianych nanokabli jest fakt, iż miniaturowe struktury o średnicy zaledwie 100 atomów można tworzyć bez wykorzystywania drogich technik litograficznych. Naukowcy wykorzystali proces chemiczny, podczas którego poszczególne składniki samodzielnie krystalizują w niskiej temperaturze i obecności metalowego katalizatora. Utworzone w ten sposób nanokable miały od 30 do 50 nanometrów średnicy i długość 10 mikrometrów. Zostały następnie przeniesione na krzemowe podłoże i utworzono z nich urządzenie zdolne do przechowywania danych. Testy wykazały, że potrzebuje ono do pracy jedynie 0,7 mW na bit informacji. Informacje są odczytywane, kasowane i zapisywane w ciągu 50 nanosekund, czyli 1000-krotnie szybciej, niż ma to miejsce w przypadku flash. Z wyliczeń wynika, że urządzenie może osiągnąć gęstość zapisu rzędu terabita na cal i jest w stanie przechowywać dane przez 100 000 lat. Wiele firm pracuje nad technologiami, które zastąpiłyby wykorzystywane powszechnie pamięci flash. Spotykamy się z nimi w wielu miejscach: w aparatach fotograficznych, kartach pamięci, klipsach USB itp. Układy flas mają liczne zalety. Są układami nieulotnymi, co oznacza, iż po wyłączeniu zasilania dane nadal są przechowywane. Są stosunkowo tanie i energooszczędne. Mają jednak i wady, a do najpoważniejszych z nich można zaliczyć stosunkowo długi czas zapisu/odczytu, który powoduje, że np. aparaty fotograficzne nie mogą szybko wykonywać zdjęć, gdyż pamięci flash nie nadążają z zapisywaniem danych. Dlatego też trwają prace nad bardzo obiecującymi pamięciami zmiennofazowymi. Są one bardziej wydajne, odporne i mają prostszą konstrukcję, niż układy flash. Ich główną wadą jest fakt, iż trudno jest produkować je w skali właściwej dla współczesnych technik litograficznych nie niszcząc przy tym ich właściwości. Uczonym z University of Pennsylvania udało się pokonać tę trudność. Może to oznaczać, iż w najbliższym czasie będziemy świadkami rewolucji na rynku nieulotnych pamięci.